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家用双目智能监控工业设计研究

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摘要:通过对现有监控产品的调查,分析各类设备所具备的功能和特征,得到了目前市场产品存在的功能空缺,说明了设计家用智能监控的必要性。智能监控实现了在虚拟场景中实时查看三维监控画面。同时,所设计的智能监控还具备物品的识别和寻找,人和动物运动状态的识别以及辅助调整人的肢体动作准确度等功能,并将部分被准许上传的数据共享于服务平台,以优化监控功能。最终,通过结合模块化的设计理念,使用Rhino三维设计软件和渲染软件完成了家用双目智能监控产品的外观工业设计。

关键词:家用;双目摄像头;智能监控;工业设计

引言

随着我国生产力水平的快速提高,经济水平的不断提升,医疗设备不断更新迭代,潜在的市场需求,以及年轻人口比例的下降,综合导致了照顾新生儿和高龄人口的问题难以解决。其中,近年来出现的“婴儿无人照看事件”屡屡发生,例如婴儿在缺乏父母照顾的情况下出现意外。因此,在该方面的保育监控设备成为潜在的市场需求之一。此外,老年群体易出现家庭空巢的社会现象和趋势而衍生出一系列健康类可穿戴产品。然而该类产品由于使用周期短,便捷性差,存在使用个体差异以及造价高昂,因此该类产品无法普及和有效实施。因而,健康监测类产品的研发成为市场研究的对象。随着各类安全事故的频发和人们安全意识的不断加强,视频监控系统成为一种有效的解决方法。然而传统的监控技术操作均是依靠监控人员对采集的视频进行分类和处理,不具备自动识别图像和处理等功能。同时,该工作模式的工作量大、耗时长、错误率高、人力成本高,且容易出现筛选的信息不准确等问题。此外,传统的监控技术仅使用单目摄像头,存在监控视野狭窄、清晰度不足等缺陷。在过去,图像的捕捉和传输需要一定的时间,但是现代技术可以让用户立即检查和报警。本研究将利用双目摄像头对图像进行采集,且由于两摄像头间的间距接近人眼间距,而可以结合新兴的VR技术,把摄像头所采集到的画面传输至VR头戴式显示器中,实现类似于在虚拟现实中查看所得画面,从而能够更真实地反映现实状况,同时利于人工获取所需关键信息。此外,本文设计的家用双目智能监控产品采用了图像识别、目标跟踪、人机交互功能,而该产品的系统需要重点采集外部开环系统的各类数据,例如用户的生活场景、行为习惯、文化环境等。因此,在设计过程中需依据不同用户数据逐步优化该智能监控产品的使用体验。

1设计目标和思路

在家用方面,现有家用摄像头的外观和设计思路如图1所示。根据图1内容,可知其通过网络实现与使用环境内其他传感器实现了互联,实现了对家用环境的安全管控。因此,本文做出了如下设计思路。

1.1产品外形设计

该家用双目智能监控产品的外观除了需要融入到周围环境,使其不易被察觉外,还需安装在非敏感区域,从而使之不侵犯用户的隐私权。同时外观需要圆润,避免出现对人身造成伤害,例如安置于居室环境内,且婴儿易接触到的位置时,容易出现安全隐患。此外,该产品还可进行自定义颜色及喷涂图案等外观涂装。该家用双目智能监控提供了2种固定方式,①为普适的方法,即使用粘附于固定表面的方式进行固定;②为固定于室内墙体表面的方式,即借助膨胀螺丝固定于墙体表面。通过膨胀螺丝与墙体内孔之间的摩擦力,达到紧固的目的,从而将螺丝外端固定件与产品进行连接实现墙体表面固定。针对其使用寿命,该产品的设计基于模块化设计理念,可实现多零部件的快速拆卸和更换,例如摄像头、电路和电源模块可单独安装和拆卸。

1.2产品功能

该家用双目智能监控不但具有实时监控的功能,即用户可实时查看监控画面,且该产品还具备自动图像识别和目标追踪的功能。此外,该产品由于利用了双目摄像头采集图像,因此可对采集到的数据进行处理,再利用新兴的VR技术,将处理后的图像传输至VR设备中,通过VR与该产品进行实时图像交互,以方便用户身临其境的观看采集到的画面。进而基于交互理论设计手机APP,从而实现智能手机与该产品的数据共享功能。

1.3产品使用范围

该产品的使用范围广阔,例如通过该产品的基本功能,用于自动监护婴幼儿和高龄人群。此外,可借助该产品的记录和识别目标图像的功能,结合手机APP,实现实时与监护人进行数据共享。还可利用该产品实现宠物的远程监护,指定物品的监控以及指定使用环境内的目标物体追踪和定位。同时,该产品还可通过摄像头采集的环境光,及比对标准环境下的数据,预测出使用环境内或目标物体的大致温度及表面亮度范围。因此,还可对产品进行自定义设置,例如该产品识别到使用环境内的电视、微波炉、电脑显示器、台灯等家用电器设备在一定时间范围内未被关闭,将通过网络发送提醒至用户手机。

2设计模块

2.1双目摄像头

为满足其使用于VR设备而将使用不同于普通数据采集方法的要求,摄像头的采集间距与人眼距相似,约为35mm。此外,为满足不同用户使用需求,提供了多种分辨率和不同级别的感光元器件。

2.2整体外壳

表面光滑圆润,外壳坚固,采用ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)塑料,即一种稳定性高、无污染但不易降解的产品结构用材料。此外,用户还可以对整体外壳进行自定义设置,例如自定义产品外壳的颜色及图案等。

2.3安装组件和控制硬件

安装组件:膨胀螺钉用于室内墙壁,粘钩用于将产品固定水平物体表面。控制硬件:采用模块化设计,从而实现快速拆换,同时具备通信模块,可与使用环境内具备网络的通信模块传感器及各类可接入互联网的家用设备进行简易的数据互联,例如,与室内家用空调进行互联,实现最佳室内体感温度的调节。此外,该产品的制造、使用成本低廉,可靠性高,例如该产品的记录和识别目标图像的功能,结合手机APP,实现实时与监护人进行数据共享。还可利用该产品实现宠物的远程监护、指定物品的监控以及指定使用环境内的目标物体追踪和定位,极大地方便了用户的生活。

3产品设计方案及说明

本文所使用的Rhino软件是由美国RobertMcNeel&Assoc开发的一款工业设计三维建模软件。该软件广泛应用于三维模型制作、工业制造、科学研究及机械设计等领域。本文家用双目智能监控产品的安装和使用说明过程如下。

3.1产品的安装过程

本产品通过使用膨胀螺丝,将该产品固定于室内墙壁上,同时也可使用黏附粘钩,实现该产品水平放置于指定位置。但二者的共同点是均利用滑槽固定底座实现固定接触面和产品之间的连接。

3.2产品的使用说明

在产品实用性方面,摄像头的视野范围为高度上下30°范围,满足了500mm距离最大视角高度约为126mm,如图2的最左侧图所示;而该产品的周向角度范围为360°,即可沿着转轴中心进行全向旋转。在外观设计方面,如图2右侧3幅图所示,本产品由于外观圆滑,从而极大降低产品外壳对人身造成物理伤害的可能。此外,本产品具备隐藏式双目摄像头,能够使其能够融入到家用使用环境中,从而更方便地为用户提供服务。在维修和维护方面,针对其使用寿命,该产品的设计基于模块化设计理念,可实现多零部件的快速拆卸和更换,例如摄像头、电路和电源模块可单独安装和拆卸。如果只有一个摄像头损坏只需将其快速拆卸、更换,而无须以新产品作为替换。在用户体验方面,本产品需结合手机APP,利用网络上的数据挖掘算法,进行数据处理,最后对用户展示处理、分析、归类后的数据。最终,本文完成的产品渲染图如图3所示。4结论综上所述,本文通过Rhino三维设计软件完成了家用双目智能监控产品的工业设计,该产品具有自主监控、图像识别、目标跟踪和数据处理等多种功能,同时其还可与用户间通过手机进行自定义设置,并增加了VR的功能实现其与用户的深度交互。此外,该产品所需采集的数据可用于产品功能在不同领域方面的深度优化,从而可用于实现不同用户更多方面的个性化需求,例如满足了婴幼儿、高龄人群,甚至是宠物和指定物品在指定环境内的准确、高效监护、追踪等。在未来,还在其现有结构和硬件基础上,添加额外功能,即在功能方面,可增加红外摄像头模块,以获取监护对象的表面温度分布特征,以及增加夜成像摄像头模块用于识别特殊环境下的目标对象。此外,还可添加自动监测使用环境内环境光和用户肢体动作,实现用户的全方位、自定义监护。此外,未来还可将其所限制的家用使用范围扩展至学校、商场等公共区域,实现该产品的模块化和多样化设计。在外观方面,还可推出多种自定义外形,以提供更多的用户自定义选项。

参考文献

[1]郑书夏.新生婴儿保育监控设备系统化设计[D].成都:西南交通大学,2016.

[2]钱晓波,张凌浩.面向空巢老人的家庭智能监控产品系统设计[J].机械设计,2016,12(33):119-122.

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[6]王源.适用于智能视频监控系统的双目视觉三维重建技术研究[D].天津:天津理工大学,2018.

[7]毕萍.基于双目视觉的运动目标检测系统[J].西安邮电学院学报,2012,17(1):71-74.

作者:邱子熠 单位:福建省福州第二中学

家用双目智能监控工业设计研究责任编辑:张雨    阅读:人次
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